四旋翼飞行器的控制原理：科学家介绍新型机翼气压传感器

四旋翼飞行器的控制原理：科学家介绍新型机翼气压传感器只要流经机翼的空气不超过某个压力阈值，圆顶“气泡”就不会弹出。但当压力足够高时，一些“气泡”就会暂时倒置、压迫下方的 PLA 膜变形。研究配图 2 - 处于基态和倒置状态的双稳态晶胞研究配图 1 - 由机械传感单元组成的神经形态超材料在 2022 年 10 月 13 日发表于《先进智能系统》期刊上的一篇文章中，印第安纳州普渡大学的科学家们与田纳西大学的同僚们合作，开发出了一种概念验证模型。他们将杯盖状聚氨酯圆顶网格，安装在飞机机翼的部分顶部表面。而每个圆顶下方，则是与圆顶一起形成连接阵列的压电聚乳酸（PLA）膜。

喜欢点饮料喝的朋友，应该不会对某些外卖店家的杯盖感到陌生。这种可弹出的盖上“小圆顶”，能够指示杯中的饮料种类。但是普渡大学和田纳西大学的科学家们却认为，类似的圆顶设计、也有助于无人机监测其机翼上的气压。据悉，自主固定翼无人机面临的一个问题，就是机载飞行计算机需要持续不断地处理来自多个传感器的数据。

研究中使用的机翼模型（来自：Purdue University）

即便如此，在飞行计算机接收到传感器输入、并根据相关信息采取行动的时间，仍可能存在显著的滞后。

为减轻信息负载，研究人员一直在探索使用独特的方案 —— 比如不让传感器记录微不足道的数据 —— 而这，也是这种小圆顶可以派上用场的地方。

研究配图 1 - 由机械传感单元组成的神经形态超材料

在 2022 年 10 月 13 日发表于《先进智能系统》期刊上的一篇文章中，印第安纳州普渡大学的科学家们与田纳西大学的同僚们合作，开发出了一种概念验证模型。

他们将杯盖状聚氨酯圆顶网格，安装在飞机机翼的部分顶部表面。而每个圆顶下方，则是与圆顶一起形成连接阵列的压电聚乳酸（PLA）膜。

研究配图 2 - 处于基态和倒置状态的双稳态晶胞

只要流经机翼的空气不超过某个压力阈值，圆顶“气泡”就不会弹出。但当压力足够高时，一些“气泡”就会暂时倒置、压迫下方的 PLA 膜变形。

传感器阵列可记录这些发生形变的位置，并将相关信息传递给机载计算机。接着通过一系列计算，系统就能够知晓流经机翼的高压气流模式。

研究配图 3 - 将圆顶反转转换为电存储器的集成方案

实验表明，若该模式反映了危险的飞行条件，则无人机的飞控系统将可及时做出应对。

更棒的是，这些圆顶“气泡”只有向上或向下这两种状态，所以系统的数据也只有简单的二进制（0 或 1）。

研究配图 4 - 物理 Hopfield 网络实现 / 不同输入模式测试

首席科学家 Andres Arrieta 认为，未来三到五年内，行业有望将这项技术整合到功能齐备的无人机机翼中。

有关这项研究的详情，还请移步至《Advanced Intelligent Systems》查看，原标题为《Neuromorphic Metamaterials for Mechanosensing and Perceptual Associative Learning》。